针对某砌石拱坝上游坝面中下部存在大面积拉应力超标现象,基于该砌石坝加固工程中的两种坝后局部加固方案,采用接触单元模拟新老坝体结合面的连接特性,分析了规范中五种工况下结合面的受力特性及变形特性.研究表明,加固后,两种方案结合面的张开特性和受力特性在整体上相似,其中肋墩方案中边墩存在不对称张开及受力现象;高水位工况下加固结构主要在上部承力,下部应力较小并可能张开;低水位工况下结合面应力水平较低,加固结构基本不承受荷载;加固后温降工况下,砌石坝体以加固结构上部为支点进行转动变形,在低水位条件下结合面会出现大面积张开;温升工况下,低水位时坝体向上游变位,导致结合面间隙分布在水平方向上呈对称光滑的抛物线形分布.

会人溪浆砌石拱坝坝底厚度远小于现行规范及同类工程要求,致使最大拉应力超标,结构安全评定不满足要求,需进行加固处理.为此,基于ANSYS有限元软件编制有限元等效应力计算程序,计算原坝体应力结果,提出了培厚加固、肋墩加固等4种局部加固方案.通过加固后坝体应力分布情况,找到了最优加固方案和加固实施条件.研究表明,在坝体下游侧采用培厚加固、肋墩加固等局部加固方案可显著降低加固区应力,但在初始加固条件下(加固前上游水位139 m),各方案均无法满足拉应力控制标准;坝体上游侧加固区顶部易出现拉应力集中,最大拉应力与加固体型及加固前上游水位相关;对加固前上游水位进行敏感性分析,发现低水位有利于降低坝踵处拉应力,但易导致加固区顶部附近拉应力偏大;在方案2条件下,控制加固前上游水位介于130～134 m时可满足拉应力控制标准,为推荐方案.

清渡河水库溢洪道受下游地形条件限制,存在消力池池长严重不足的工程问题.台阶式消能工可减小入池水流弗劳德数,消力池内加设T型墩辅助消能工可缩短池内水跃长度,两者均有减小消力池所需池长的作用.初步设计采用泄槽满布台阶式消能工后接消力池的基本方案,物理模型试验表明台阶段单宽流量过大导致掺气严重不足,池长仍不足.优化方案比选采用数值模拟进行计算,即先在台阶段前加设掺气挑坎和通气孔进行强迫掺气,在提高台阶段掺气水平的同时减小入池水流弗劳德数,但池长仍不足;之后在消力池内布置T型墩辅助消能工,采用联合消能方案.对推荐体型进行物理模型试验复核,结果表明台阶消能工+消力池内加设T型墩辅助消能工的联合消能方案,可有效解决消力池池长不足的工程问题.

鉴于拱坝的破坏过程和极限承载能力是工程安全度的重要参考依据,以位于梯形河谷中的鸟巢拱坝为例,基于Drucker-Prager屈服准则,利用强度折减法和超载法对鸟巢拱坝进行了弹塑性有限元计算,并联合采用计算收敛、位移突变、塑性区贯通等安全判据,分析了在坝肩断层的影响下鸟巢梯形拱坝的渐进破坏过程和极限承载能力.结果 表明,对于不同的研究方法,鸟巢梯形拱坝塑性区的发育规律有较大差异,但坝体的最终破坏模式相同;坝肩断层使右拱端应力和位移明显增大,对塑性区的空间发展起到限制作用.